Mặt trời cung cấp cho con người một nguồn năng lượng dồi dào và không bao giờ sợ cạn kiệt. Vì vậy thay bằng khai thác và sử dụng những nguồn năng lượng tự nhiên đã và đang đi vào cạn kiệt, khan hiếm. Thì từ lâu con người đã nghiên cứu và phát minh ra tấm pin mặt trời để khai thác nguồn năng lượng mặt trời một cách dễ dàng hơn. Vậy nguyên lý pin mặt trời hoạt động như thế nào bạn đã biết chưa ?

Nguyên lý pin mặt trời

Lịch sử ra đời và phát triển của tấm pin mặt trời

Năm 1839 nhà vật lý người Pháp Alexandre Edmond Becquerel đã phát hiện ra hiệu ứng quang điện đầu tiên trên thế giới. Tuy nhiên mãi đến năm 1883 thì tấm pin năng lượng mặt trời đầu tiên mới được tạo thành bởi Charles Fritts. Ông đã phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp vàng cực mỏng để tạo mạch nối. Tuy nhiên thiết bị này chỉ có hiệu suất 1 %. Cho đến năm 1946 Sven Ason Berglund đã tạo ra tấm pin mặt trời hoàn hảo hơn bằng phương pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng của pin mặt trời.

Nguyên lý pin mặt trời hoạt động như thế nào ?

Cho đến hiện nay thì các tấm pin mặt trời hầu hết được làm từ một vật liệu có tên là silic tinh thể. Có 3 loại pin mặt trời khác nhau được tạo thành từ 3 loại silic khác nhau, tuy nhiên nguyên lý hoạt động của pin mặt trời thì giống nhau như sau:

Khi các hạt photon có từ bức xạ mặt trời rơi vào mảng silic thì sẽ có 2 trường hợp xảy ra.

Các tấm pin mặt trời được làm từ tinh thể silic

• Trường hợp 1: photon được hấp thụ hoàn toàn bởi các tinh thể silic. Trường hợp này xảy ra khi năng lượng photon lớn hơn năng lượng đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.
• Trường hợp 2: Photon sẽ xuyên trực tiếp qua các mảng silic. Hiện tượng này xảy ra khi năng lượng photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.

Khi photon được các tinh thể silic hấp thụ thì năng lượng của nó sẽ được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể. Bình thường các hạt electron sẽ nằm ở lớp ngoài cùng và kết dính với các nguyên tử gần kề. Tuy nhiên khi được kích thích bởi các hạt photon thì nó thay đổi tính chất và sẽ tự do di chuyển trong bán dẫn và được gọi là electron tự do.

Cách các tấm pin mặt trời tạo ra dòng điện

Lúc này nguyên tử sẽ thiếu 1 electron được gọi là chỗ trống. Chỗ trống này sẽ khiến cho các electron bên cạnh di chuyển và lần lượt điền vào chỗ trống. Cứ như vậy các electron tiếp tục di chuyển vào chỗ trống cho đến xuyên suốt mạch bán dẫn và tạo ra dòng điện.

Trên đây là nguyên lý hoạt động của pin mặt trời. Chính nhờ nguyên lý hoạt động này mà các tấm pin mặt trời càng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống chúng ta hơn.